具有熱收縮致動(dòng)器的泵密封件的制作方法
【專利說明】具有熱收縮致動(dòng)器的泵密封件
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的相互援引
[0002]本申請(qǐng)涉及2013年8月20提交的題為“Pump Seal With Thermal RetractingActuator” 的N0.13/970899號(hào)申請(qǐng)。
【背景技術(shù)】
[0003]1.
技術(shù)領(lǐng)域
[0004]本發(fā)明總體涉及旋轉(zhuǎn)軸密封件，更具體地涉及用于離心栗的熱致動(dòng)密封件，尤其是用于這種密封件的新式熱致動(dòng)器。
[0005]2.相關(guān)技術(shù)
[0006]在壓水核電站中，反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)被用于從堆芯給蒸汽發(fā)生器傳熱以產(chǎn)生蒸汽。然后蒸汽被用于驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)以產(chǎn)生有用功。反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)包括多個(gè)獨(dú)立的冷卻循環(huán)，每個(gè)都被連接到反應(yīng)堆堆芯，且包含蒸汽發(fā)生器和反應(yīng)堆冷卻劑栗。
[0007]反應(yīng)堆冷卻劑栗通常是一種被設(shè)計(jì)成栗送高溫高壓下(例如550°F(280°C)和大約2250psia(155巴)壓力下)的大體積反應(yīng)堆冷卻劑的立式單級(jí)離心栗。該栗從下到上基本上包括三個(gè)總體部分:液壓部分、軸密封件部分和馬達(dá)部分。下方的液壓部分包括安裝在栗軸下端上的葉輪，所述葉輪在栗殼體內(nèi)是可操作的從而繞各自的回路栗送反應(yīng)堆冷卻劑。上方的馬達(dá)部分包括被連接以驅(qū)動(dòng)栗軸的馬達(dá)。中間的軸密封件部分包括三個(gè)串聯(lián)的密封件組件;下方的一級(jí)密封件組件(I號(hào)密封件)、中間的二級(jí)密封件組件和上方的三級(jí)密封件組件。這些密封件組件被定位與栗軸同心且靠近栗軸的頂端，它們的聯(lián)合目的是在正常運(yùn)行條件下提供沿栗軸到安全殼環(huán)境的最小反應(yīng)堆冷卻劑泄漏。在美國專利號(hào)3，522，948;3，529，838; 3，632，117; 3，720，222和4，275，891中描述了現(xiàn)有技術(shù)中已知的栗軸密封件組件的代表性示例。
[0008]機(jī)械地密封至固定栗壓力邊界和旋轉(zhuǎn)軸之間的交界部的栗軸密封件組件必須能在沒有過量泄漏的前提下包含高系統(tǒng)壓力(大約2250psi (155巴))。三個(gè)密封件組件的串聯(lián)布置被用于分階段地分解壓力。三個(gè)機(jī)械栗密封件組件是受控泄漏密封件，它們在運(yùn)行中允許每一階段發(fā)生最小量的受控泄漏，同時(shí)防止反應(yīng)堆冷卻劑從一級(jí)冷卻劑系統(tǒng)到各密封件漏液口的過量泄漏。
[0009]通過在密封件組件處噴射冷流體、或者通過使用在一級(jí)流體到達(dá)密封件組件之前將一級(jí)流體冷卻的換熱器，將栗密封件組件一般維持在遠(yuǎn)低于一級(jí)冷卻劑系統(tǒng)的溫度下。這些系統(tǒng)的理論化失效可能使密封件組件暴露于高溫，這很可能導(dǎo)致密封件組件的受控泄漏急劇增大。在反應(yīng)堆芯中的核燃料全部喪失冷卻的原因是因?yàn)槭ニ械腁C電力的情況下，密封漏液在沒有電力驅(qū)動(dòng)補(bǔ)償栗的情況下無法回到冷卻劑系統(tǒng)。假設(shè)在沒有補(bǔ)償手段的情況下，受控泄漏會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)堆冷卻劑不能覆蓋反應(yīng)堆芯，由此導(dǎo)致堆芯損壞。
[0010]因此，需要一種有效方式，在所有燃料冷卻喪失和補(bǔ)充栗送喪失同時(shí)發(fā)生的情況下為標(biāo)準(zhǔn)密封件組件提供后備。優(yōu)選地，這種后備密封件應(yīng)當(dāng)在失去電力或其他原因?qū)е率パa(bǔ)償栗送能力時(shí)是可運(yùn)行的，從而基本上將軸密封以防止泄漏。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]根據(jù)本發(fā)明，通過一種用于降低速度的軸或旋轉(zhuǎn)停止的設(shè)備(比如栗、壓縮機(jī)、等等)的熱致動(dòng)停機(jī)密封件實(shí)現(xiàn)前述目標(biāo)，所述密封件被設(shè)計(jì)以限制冷卻劑經(jīng)軸密封件的正常泄漏。后面所要求保護(hù)的停機(jī)密封件對(duì)于密封在設(shè)備的軸和殼體之間具有狹窄流動(dòng)環(huán)形部的任何設(shè)備是有用的。
[0012]所述停機(jī)密封件的特征在于一種“開口環(huán)”，它被設(shè)計(jì)成(i)包圍所述軸，并在正常運(yùn)行期間在它和軸之間形成環(huán)形部；以及(ii)在軸減速到低于預(yù)定速度時(shí)或停止旋轉(zhuǎn)時(shí)收縮到軸上。所述開口環(huán)具有在正常聯(lián)機(jī)運(yùn)行期間在軸旋轉(zhuǎn)時(shí)被間隔件保持隔開的面對(duì)端部。當(dāng)軸減速或停止旋轉(zhuǎn)且殼體內(nèi)的溫度上升時(shí)，所述間隔件從開口環(huán)的面對(duì)端部被移除，且開口環(huán)隨著開口環(huán)面對(duì)端部的彼此接近而收縮到軸上，這阻擋了經(jīng)所述環(huán)形部的大部分冷卻劑漏液。
[0013]優(yōu)選地，停機(jī)密封件還具有柔順的聚合物密封環(huán)，在開口環(huán)阻擋冷卻劑經(jīng)環(huán)形部的泄漏時(shí)，所述密封環(huán)被殼體內(nèi)增大的壓力壓靠在軸上。
[0014]具體地，本發(fā)明提供這樣一種具有改進(jìn)的致動(dòng)器的密封件，所述致動(dòng)器用于在環(huán)形部中的液體升高到預(yù)定溫度以上時(shí)從開口環(huán)的面對(duì)端部之間移除間隔件，從而開口環(huán)能收窄或者基本上密封將被開口環(huán)覆蓋的部分環(huán)形部。所述致動(dòng)器包括具有軸向尺寸的圓筒和在圓筒內(nèi)軸向移動(dòng)的活塞，圓筒具有圍繞活塞密封的上端和下端。活塞桿從活塞下端延伸穿過圓筒上的下開口，并具有被連接到間隔件的一個(gè)活塞桿端部。當(dāng)間隔件被設(shè)置在開口環(huán)的面對(duì)端部之間時(shí)，一個(gè)空腔占據(jù)了圓筒上部內(nèi)活塞和圓筒上端之間的空間。易熔連結(jié)部占據(jù)了空腔內(nèi)活塞和空腔上端之間的至少部分空間。易熔連結(jié)部被選擇成在預(yù)定溫度下變形或改變狀態(tài)，從而使活塞能移動(dòng)進(jìn)入所述空腔內(nèi)。彈簧被設(shè)置在活塞的下端和圓筒的下端之間，將活塞偏壓在易熔連結(jié)部上。所述致動(dòng)器組件被構(gòu)造成在易熔連結(jié)部的狀態(tài)改變或變形之后朝著圓筒的上端移動(dòng)活塞，從而將間隔件從開口環(huán)的面對(duì)端部之間移除。
[0015]在一個(gè)實(shí)施例中，彈簧是波形彈簧。優(yōu)選地，波形彈簧包括多個(gè)串聯(lián)對(duì)準(zhǔn)的簧圈，從而使它們的高點(diǎn)和低點(diǎn)分別對(duì)準(zhǔn)。在間隔件基本上被定位在開口環(huán)的面對(duì)端部之間時(shí)，該波形彈簧基本上處于壓縮狀態(tài)。
[0016]在另一個(gè)實(shí)施例中，在活塞剛開始移動(dòng)進(jìn)入所述空腔之前的時(shí)刻，在活塞桿面對(duì)圓筒的開口的位置處，活塞桿具有在圓筒的開口附近區(qū)域內(nèi)的被縮小的直徑。優(yōu)選地，易熔連結(jié)部基本上由熔點(diǎn)大約在280 °F (138 °C)至390 °F (198 °C)之間的材料制成。
[0017]本發(fā)明還預(yù)期一種停機(jī)密封件和采用上述概念的致動(dòng)器。
【附圖說明】
[0018]在結(jié)合附圖閱讀了下面的優(yōu)選實(shí)施例的描述后能進(jìn)一步理解本發(fā)明，其中:
[0019]圖1是常規(guī)核反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的一個(gè)冷卻回路的示意圖，它包括在具有反應(yīng)堆的閉環(huán)系統(tǒng)中被串聯(lián)連接的蒸汽發(fā)生器和反應(yīng)堆冷卻劑栗；
[0020]圖2是反應(yīng)堆冷卻劑栗的軸密封部分的切開透視圖，其展示了密封件殼體的截面，以及被設(shè)置在密封件殼體內(nèi)并圍繞栗軸的下方的一級(jí)密封件組件、中間的二級(jí)密封件組件、以及上方的三級(jí)密封件組件；[0021 ]圖3是密封件殼體的一部分和圖2的反應(yīng)堆冷卻劑栗的密封件組件的放大剖視圖；
[0022]圖4是應(yīng)用了本發(fā)明的軸密封件方案的截面圖，其畫出了圖2和3中所示的下方的一級(jí)密封件的放大圖；
[0023]圖5是圖4中所示的一級(jí)密封件的插件的放大部分，其中栗軸的一部分和停機(jī)密封件被打上陰影，停機(jī)密封件被畫出采用熱致動(dòng)機(jī)械活塞以將間隔件從開口環(huán)上移除；
[0024]圖6是取代圖5中所示致動(dòng)器的采用了后文所要求保護(hù)的原理的致動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)向放大剖視圖；
[0025]圖7是被支撐在密封件殼體內(nèi)的圖6中所示實(shí)施例的縱向截面圖；以及
[0026]圖8是后文要求保護(hù)的熱致動(dòng)機(jī)械活塞的第二實(shí)施例的縱向剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]在下面的描述中，附圖中相同的標(biāo)記指代相同的或相應(yīng)的部件。在下面的描述中，還應(yīng)當(dāng)明白諸如“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等等這些方向術(shù)語是為了便于描述的措辭，不被理解為限制術(shù)語。
[0028]現(xiàn)有反應(yīng)堆冷卻劑栗
[0029]為了理解本發(fā)明，理解本發(fā)明工作的背景是有幫助的。但是，應(yīng)當(dāng)明白本發(fā)明具有很多其他的應(yīng)用。參見圖1，畫出的是常規(guī)核反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的多個(gè)反應(yīng)堆冷卻劑回路10之一的示意圖。冷卻劑回路1包括在帶有反應(yīng)堆堆芯16的閉環(huán)冷卻劑系統(tǒng)中串聯(lián)的蒸汽發(fā)生器12和反應(yīng)堆冷卻劑栗14。蒸汽發(fā)生器12包括與蒸汽發(fā)生器12的入口和出口增壓室20，22連通的一級(jí)換熱管18。蒸汽發(fā)生器12的入口增壓室20與反應(yīng)堆堆芯16的出口連接成流動(dòng)連通，從而沿流動(dòng)路徑24接收來自反應(yīng)堆堆芯的熱的冷卻劑，該流動(dòng)路徑通常被稱為閉環(huán)系統(tǒng)的熱段。蒸汽發(fā)生器12的出口增壓室22沿閉環(huán)系統(tǒng)的流動(dòng)路徑26與反應(yīng)堆冷卻劑栗14的入口抽吸側(cè)連接成流動(dòng)連通。反應(yīng)堆冷卻劑栗的出口壓力側(cè)與反應(yīng)堆堆芯16的入口連接成流動(dòng)連通，從而沿閉環(huán)系統(tǒng)的冷段的流動(dòng)路徑28給反應(yīng)堆堆芯供應(yīng)相對(duì)冷的冷卻劑